喷丸强化基本概念

察哈尔汗

近期工作中接触喷丸强化（强力喷丸）比较多，搜索了一些资料，做了一些笔记，记录了一些照片，整理一下，与大家共享。希望与大家交流。

1.强化喷丸概念
在了解喷丸强化技术之前，我们有必要将抛丸、喷砂、喷丸的三个容易混淆的概念解释一下。这三个概念其实就四个字：喷、抛、丸、砂，其中，喷抛是工艺方法，丸砂是使用的材料。喷，是用高压空气将丸、砂吹到工件的表面，抛是用高速旋转的叶片抛射到工件表面，丸用的是钢丸，砂用的是石英砂等。
喷丸过程就是将大量弹丸喷射到零件表面上的过程，有如无数小锤对表面锤击，因此，金属零件表面产生极为强烈的塑性形变，使零件表面产生一定厚度的冷作硬化层，称为表面强化层，此强化层会显著地提高零件的疲劳强度。 测评强化丸质量有三个基本参数：强度、覆盖率、表面粗糙度。
2.喷丸强度
影响喷丸强度的工艺参数主要有：弹丸直径、弹流速度、弹丸流量、喷丸时间等。弹丸直径越大，速度越快，弹丸与工件碰撞的动量越大，喷丸的强度就越大。喷丸形成的残余压应力可以达到零件材料抗拉强度的60％，残余压应力层的深度通常可达0.25mm，最大极限值为１mm左右。喷丸强度需要一定的喷丸时间来保证，经过一定时间，喷丸强度达到饱和后，再延长喷丸时间，强度不再明显增加。在喷丸强度的阿尔门试验中，喷丸强度的表征为试片变形的拱高。
   3.阿尔门（Almen）试验
喷丸强度常用N试片（用于有色金属试验）、A试片（最常用）、C试片（更高强度）来进行测量， A试片和C试片之间关系为近似3倍关系。如用C试片测得强度为0.15-0.20C mm就相当于0.45-0.60A mm。图中厚的为C试片，薄的为A试片。
试验过程中，先测量试片原有变形，然后将卡好该试片的工装置于喷丸箱内，采用与工件相同的工艺进行喷射。喷丸结束，取下试片，测量变形拱高。如图
[localimg=400,300]3[/localimg]
4.喷丸覆盖率
     覆盖率是指工件上每一个点被钢丸打到的次数，有人对喷丸覆盖率常这样认为：我的喷嘴1上1下喷工件2遍，不就可以满足200％的覆盖率了吗？乍一听觉得有道理，其实不是这样的。
　　覆盖率的测量是这样的：先在工件表面涂上一层彩釉或萤光釉，然后按工艺参数对工件进行喷丸，每喷表面一遍将工件取出，在显微镜（放大镜）下观察所残留的涂层在表面所占的比例，如还有20％残留，则覆盖率为80％。当残留只有2％，即覆盖率为98％时，可视为全部清除，即覆盖率为100％，此时就有一个时间。若达到400％的覆盖率，就是4倍的该时间。
5.覆盖率的影响因素
    影响覆盖率的因素有零件材料硬度、弹丸直径、喷射角度和距离、喷丸时间等。在规定的喷丸强度条件下，零件的硬度低于或等于标准试片硬度时，覆盖率能达到100％；反之，覆盖率会下降。在相同的弹丸流量下，喷嘴与工件的距离越长、喷射的角度越小、弹丸直径越小，达到覆盖率要求的时间就越短。喷丸强化时，应选择大小合适的弹丸、喷射角度及距离，使喷丸强度和覆盖率同时达到要求值。
6.表面粗糙度
由于钢丸的喷射，对工件表面的粗糙度产生一定的变化。影响表面粗糙度的因素有零件材料的强度和硬度、弹丸直径、喷射的角度和速度、零件的原始表面粗糙度。在其他条件相同的情况下，零件材料的强度和表面硬度值越高，塑性变形越困难，弹坑越浅，表面粗糙度值越小；弹丸的直径越小，速度越慢，弹坑就越浅，表面粗糙度值就变小；喷射的角度大，弹丸速度的法向分量越小，冲击力越小，弹坑越浅，弹丸的切向速度越大，弹丸对表面的研磨作用就越大，表面粗糙度值就越小；零件的原始表面粗糙度也是影响因素之一，原始表面越粗糙，喷丸后表面粗糙度值降低越小；相反，表面越光滑，喷丸后表面变得粗糙。当对零件进行高强度的喷丸后，深的弹坑不但加大表面粗糙度值，还会形成较大的应力集中，严重削弱喷丸强化的效果。

[ 本帖最后由 察哈尔汗 于 2008-1-31 07:57 编辑 ]

caijianhua0477

霜月，你是广东的吗？希望是，麻烦帮我这个忙，谢谢
我问过察哈尔汗，他说是北方的，哦哦！
谢谢哦！！

察哈尔汗

我又试验了一下喷嘴与工件的距离，移近了100mm，强度上了20％多。
下面是我们设备喷嘴移近前后的对比照片

霜月

丸粒硬度对喷丸强度也有较大的影响。

察哈尔汗

您好，我见过你的关于喷丸的贴子，学了很多东西，我的帖子里面也有很多是您的知识，先谢谢。
我前面的工程师做过试验，结果是硬度高的钢丸强化效果反而不如硬度低的，真是这样的吗？为什么会这样？
还有就是客户投诉我们的产品硬度高的一类工件覆盖率不够，原因是硬度低的表面粗糙度好，我想他们是不是混淆了覆盖率和粗糙度的概念？
试片的硬度是不是应该和工件硬度匹配更好一点？
装试片的工装也应该和工件更一致，这样才更有代表性？
附件是两种硬度钢丸的喷丸效果对比，还说明了风压、时间与强度的正比关系。

霜月

丸粒的硬度应该和零件表面硬度相匹配，一般零件图上对喷丸有专门的规定。不同状态的零件，要求不一样。
装试片的工装一般仅考虑了喷丸机的有效喷射高度，上、中、下都应该保持一致。

霜月

回复察哈尔汗
看的出你们的确下了不少功夫，我了解的仅是一些表皮的东西，供参考。
丸粒的硬度应该和零件表面硬度相匹配，一般零件图上对喷丸有专门的规定。不同状态的零件，要求不一样。
硬度高的钢丸强化效果反而不如硬度低的原因可能是丸粒硬度高，相对较脆，使用寿命短，喷射过程中破裂，破裂的丸粒冲击工件表面，导致表面损伤，粗糙度降低。
装试片的工装一般仅考虑了喷丸机的有效喷射高度，上、中、下都应该保持一致。

察哈尔汗

我见过美国喷丸过的工件，粗糙度比我们的粗。他们老说我们喷得不够，于是有人就说是覆盖率不够，我想他是没吃透喷丸的基本概念，谁能看出覆盖率来，我服了他。
不知大家是怎么看的，我的想法对吗？

下贝氏体

覆盖率有个公式的好象，一般喷几次，覆盖率就能达95%以上，我门厂覆盖率是通过照片比较的，象晶粒度一样，对照着看的。主要测残余压应力。

霜月

从其它资料介绍来看喷丸后表面粗糙度会降低一级左右，但从我们自己摸索的经验来说，当粗糙度Ra为2~4um时喷丸前后变化不大，当Ra大于4um时喷丸不但未降低粗糙度反而还有所提高。

alvin

看了楼主的帖子，涨了不少知识。喷和抛看来是l两个概念，那我们厂DISA的抛丸机应该叫喷丸机才对，呵呵！

察哈尔汗

您好，能否帮忙提供一下喷丸覆盖率的照片，我找了很多标准，都不带照片。

察哈尔汗

再来说说钢丸的检测
一.检测的作用
　因为钢丸是强烈快速冲击金属表面，必定会出现破碎和变形，再长时间甚至会成为粉尘。随着钢丸粒径的改变，喷丸强化效果必然会受到影响。所以要定期对钢丸进行测试和筛分，剔除破损钢丸，维持强化效果。现在许多设备都具有自动筛选功能，运转过程中自动将粒径小的钢砂进行分离，从而持续保持强化效果。而某些设备还没有这项功能，只有靠人工检测，分析钢砂是否需要进行筛选。我们用的就是这种设备，所以只好自己动手了。
二.测试用筛网
　图中为钢丸检测标准筛，共5层，分别为　16、20、25、30、35号筛
　对应的孔径分别为1.18mm、0.85mm、0.71mm、0.6mm、0.5mm
　具体详细对比如下
　7 　　8 　　10 　　12　　 14　　　16　　18　　　20        　　25　　30　　　35        　　40         45　　50        　　　80        　120
2.80　2.36        　2.00　1.80　　1.40        　1.18　　1.00　0.85　　0.71　　0.60　0.50　0.425　0.355　0.30        　　0.18        　0.125mm
而各种钢丸代号中的如S330,S450,S250等代表的是钢丸粒径，具体详细对比如下
S780 　S660　 S550 　S460 　S390 　S330 　S280 　S230 　S170　S110　　S70
2mm　　1.7　　　1.4　　1.2　　1　　　0.8　　0.7　　0.6　　　0.4　　0.3　　0.2
三.检验的步骤：
1.从喷丸机中取钢丸少许（以覆盖住标准筛网的表面为准，不要有重叠）；
2.用标准检测筛检验；
3.筛选完后，将各层筛网上的钢丸倒入相应编号的容器中；
4.将各层筛网上的钢丸在电子秤上称量并记录数据；
5.将各层筛网上的钢丸的重量相加得出总的重量；
6.计算出各层筛网上的钢丸上总重量的百分比；
7.用描点法在下表中绘出折线图
结果分析：当曲线上有两点高于所设定的斜线时，表明所测钢丸破碎太多，应尽快组织筛选；当曲线上所有点低于所设定的斜线时，钢丸可继续使用。

[ 本帖最后由 察哈尔汗 于 2008-5-23 10:45 编辑 ]

察哈尔汗

下一步将进行覆盖率测试，工件已经备好
其实这张照片是错误的，不能喷漆的方法来涂刷表面。
因为漆面很容易脱落。
可以喷着色剂。

WSSHR

喷丸处理与本体的硬度之间存在什么关系,比如硬度高经喷丸处理后强度也会提高很多吗?你试过没有?还有象内孔喷丸效果会好吗?

察哈尔汗

我们的工件有渗碳淬火件和普通淬火件，都要经过喷丸强化的，都会有强化效果，这是喷丸机理决定的。但具体效果和工艺参数有关。
内孔喷丸要注意工装（喷嘴）合理性。

WSSHR

经渗碳淬火的零件表面已经存在很大的压应力，再进行喷丸处理有这个必要吗？缺乏这方面的知识请教一下。

霜月

渗碳齿轮再进行喷丸处理可以改善齿根圆角处弯曲疲劳强度，提高齿面抗接触疲劳寿命（有资料介绍可以提高60%），有利于齿轮润滑。

motion_0576

1 强化喷丸效果评估仅用“喷丸强度、表面覆盖率、表面粗糙度”好像有点欠缺，得到表面残余压应力应该是主要的。
2 实际上强力喷丸也存在过喷现象，并不是强度越高越好，而是残余压应力越高越好。因为试片反映的喷丸强度过高，表面会出现微裂纹降低残余压应力，这就是说为的过喷现象。
3 强力喷丸很重要也是容易被忽视的工艺参数就是“弹丸流量”，直接影响到残余压应力的大小，尤其在R较小的关键部位。
4 如果有条件的话，应该测定残余压应力来衡量喷丸工艺的正确、合理性。
5 对于渗碳淬火齿轮类工件，测定残余压应力时，应该进行化学或电解方法减薄去除表面层，消除表面非马组织的影响。才能正确反映出喷丸工艺的正确与否？

察哈尔汗

一看就是懂喷丸的。
的确，其目的主要就是获得表面残余压应力，上面所述只是表面，但针对于工件的表面残余压应力检测用X-ray，费用稍高，不适合日常操作。只是定期检验或针对早期失效时检验。

caijianhua0477

大家好，看大家这么专业，真是羡慕
请问，能提供广东地区的喷丸强化的供应商吗？
我发现很难找，我只能找到些小的喷砂店，他们对喷丸强化根本就没有什么概念？